单颗磨粒切削TC4钛合金过程摩擦行为仿真与研究

通过有限元仿真软件研究了单颗磨粒在切削TC4钛合金过程中的摩擦行为及其对抛光加工的影响。利用Abaqus软件建立了单颗磨粒切削TC4钛合金过程中材料的塑性变形模型,并应用迭代自适应网格重划分技术,准确模拟了不同摩擦系数下单颗磨粒切削TC4钛合金表面时的接触应力分布和塑性变形,为优化TC4钛合金叶片抛光工艺提供了理论依据。研究表明,摩擦系数对切削深度和材料堆积率有影响,特别是在磨粒切出阶段,摩擦系数的增加会显著促进材料在磨粒前端和两侧的堆积,故在实际抛光加工中应合理控制摩擦系数。

单颗CBN磨粒超声振动辅助磨削AISI 304材料去除机理

为了解释超声作用下磨粒切削材料的去除机理,对单粒磨削过程进行了分析,建立了未变形切削厚度和磨粒与试件的固定速度比(vs/vw)的数学模型.在AISI 304试件上进行了固定速度比的普通磨削(conventional grinding,CG)、切向超声振动辅助磨削(tangential ultrasonic vibration assisted grinding,TUVAG)以及径向超声振动辅助磨削(radial ultrasonic vibration assisted grinding,RUVAG)的单颗粒试验.结果表明,在固定速度比条件下,试件在CG与TUVAG作用下都是以塑性变形的形式去除,但超声辅助显著提高了材料去除率.试件在RUVAG作用下材料的去除方式与未变形切削最大厚度agmax的值息息相关.agmax小于0.8μm时,试件表现为脆性断裂的形式去除;之后随着agmax逐渐增大,试件转变为塑性变形的形式去除.

单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。

基于ABAQUS的单颗磨粒磨削GH4169高温合金有限元分析

通过建立单颗磨粒磨削模型,采用ABAQUS软件对GH4169高温合金的磨削过程进行有限元仿真,探究单颗磨粒在不同参数下对GH4169高温合金工件磨削过程的影响。研究表明:磨粒从切入工件后到切出工件前,磨削力稳定波动,且与磨粒前角和磨削深度显著相关,切向磨削力随着磨粒前角增大而显著减小,随着磨削深度的增大而显著增大;最高磨削温度出现在磨粒切入工件的时刻,且与磨粒前角、磨削深度和磨削速度相关;磨粒前角对磨屑的形状影响显著,磨粒前角越大,磨屑越难排出,磨削速度对磨屑的形状影响较小,磨削深度影响磨屑的厚度和长度。

单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究

为探索氮化硅陶瓷单颗磨粒切削加工的机理，进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的仿真与试验。选用截角八面体模拟金刚石磨粒，基于Johnson—Holmquist ceramic硬脆材料本构模型，采用有限元网格法进行单颗磨粒直线切削仿真，分析工件材料的切屑去除、划痕形貌、应力动态变化与分布、切削力变化等现象，以及工艺参数对切削力的影响。制备单颗金刚石磨粒工具，在平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的试验，进一步分析划痕形貌、切削力的变化，并验证有限元仿真的正确性。研究表明，划痕光直平整，塑性隆起很少，边缘存在较大尺寸的破碎，划痕内有局部小尺寸的破碎；划痕的深度和宽度比磨粒的切削深度和宽度尺寸略大。应力与切削力存在动态波动。随着砂轮速度的增加，切向力和法向力减小；随着切削深度的增加，切向力和法向力增大。切削力比在4～6之间变化。

基于流固耦合算法的单颗磨粒切削仿真研究(英文)

基于欧拉/拉格朗日耦合算法,采用四棱锥模拟磨粒的切刃,进行了单颗磨粒的三维切削仿真。该方法解决了传统有限元法进行切削仿真时易于发生单元畸变的问题。仿真结果表明,磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,侧向隆起高度及范围逐渐增大,形成切屑后基本保持不变;磨粒切削刃处的工件材料变形剧烈,产生较大的加工应力,在沟槽侧面及底面留下较大的残余应力并产生较高的温度;磨粒刃尖处的接触应力最大,并沿着棱边向上迅速降低。

单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学(SPH)法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼(CBN)磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明:磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。

基于单颗磨粒切削的钛合金磨削过程仿真研究

采用有限元分析软件DEFORM的Johnson Cook材料模型,模拟了润滑涂层单颗磨粒磨削TC4合金的加工过程,对磨屑形成过程中磨削区温度、磨削力和切削变形区内应力的变化情况进行了有限元分析。结果表明:切削高温和高内应力主要集中在剪切变形区的刀尖位置;随着一个锯齿状磨屑节块的生长,温度降低、内应力减小。磨削力和磨削温度随磨屑的形成过程呈规律性变化:随着磨削进行,磨削力逐渐增大,磨削温度也相应升高;在锯齿状切屑完整形成时,磨削力最小、磨削温度最低。

基于DEFORM-3D单颗磨粒切削仿真与研究

建立了单颗磨粒几何模型，运用DEFORM-3D有限元软件模拟Al2O3磨粒与45钢不同相对位置（旋转角度）时磨削力、等效应力、等效应变与磨削温度的变化规律，仿真结果表明：随着磨粒旋转角度的增大，法向磨削力和切向磨削力都增大，其比值约为（1-1.3），磨削温度先增大后减小，磨粒旋转角度越小，越易形成切屑，等效应力最大位置是磨粒耕犁作用产生的堆积材料挤压周围材料的那部分区域，而等效应变的最大位置是磨粒前刀面与工件接触的区域。单颗磨粒切削仿真为磨削加工之前磨削力与磨削温度的预测提供理论依据，也为砂轮的制备提供了参考。

单颗磨粒切削氮化硅陶瓷表面残留高度研究

基于单颗磨粒切削路径规划和未变形切屑厚度模型,建立加工表面残留高度与加工参数之间的关系模型。在高精度数控平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷加工实验,结果表明残留高度与与切削力呈正相关关系。当材料去除方式为以脆性裂纹扩展控制的断裂破碎时,加工表面残留高度现象相对明显。通过对正交实验结果进行分析,获得有助于降低表面残留高度的加工参数组合,可用于指导实际磨削加工,并通过磨削实验进行验证。

超声激励下单颗磨粒断续切削边界研究

对超声激励复合式振动磨削加工进行单颗磨粒三维运动轨迹的建模与仿真,分析了超声激励下单颗磨粒断续切削存在的边界条件。研究结果表明,各种超声振动磨削模式下,单颗磨粒三维空间轨迹未出现断续冲击切削。通过磨削试验和观察对比试件加工表面的SEM,分析得出轴向超声振动激励所带来的单行程单颗磨粒空间正弦轨迹和单行程相邻磨粒轨迹干涉是超声磨削在切削效率和加工质量上提高的根本原因。

基于单颗金刚石磨粒磨削的SiC_(p)/Al复合材料仿真与试验研究

本文主要开展了单颗金刚石磨粒磨削碳化硅颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料的试验及三维有限元仿真研究。分析了SiC_(p)/Al复合材料磨削过程中磨削工艺参数对磨削力及表面形貌等的影响。分析结果表明,随着磨粒转速的增加,磨削力减小,SiC颗粒破碎现象有所缓解,铝基体的涂覆作用增强,表面形貌完整性好;随着磨削深度的增加,磨削力增大,SiC颗粒破碎明显增强,表面形成较多凹坑与孔洞,表面质量差。仿真结果与试验结果较吻合,说明该仿真模型可用于磨削工艺参数的优化分析。

轴向超声辅助单颗CBN磨粒切削运动分析及切削力试验研究

为了研究CBN磨粒砂轮在轴向超声振动条件下的磨削特性,通过轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削试件的试验,以磨削力为研究对象,研究了轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削力,从微观角度进行磨粒的运动分析。研究表明:轴向超声辅助条件下的切削力,无论是单颗磨粒所受的法向力F_n还是切向力F_t的值均小于普通条件下的切削力。轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削运动轨迹是由刀具围绕工件的旋转运动和刀具的高频振动复合而成,其轨迹整体符合正弦曲线轨迹。通过正交试验得出,在一定条件下,轴向超声辅助下的切削力随磨粒切削速度、磨削深度的增大而增大,普通加工中随磨粒大小的增大而增大,超声加工时随磨粒增大有先增后减的趋势。此次试验研究对后期整个CBN砂轮在超声辅助条件下磨削的研究以及CBN砂轮的制备方面都有一定的意义和价值。

基于单颗磨粒切削的CBN铰珩工具磨粒磨损研究

采用单颗磨粒试验方法,以4Cr13不锈钢为修整材料,研究大长径比CBN铰珩工具修整过程中的磨粒磨损特性。试验结果显示:与普通切削相比,超声切削时的平均切削力降低60%~80%,但磨粒在短时间内大块破碎,磨削比严重下降。超声切削时的磨粒-工件接触比在0.6~0.8,磨粒主要处于断续切削过程,其最大切削宽度比普通切削时的增加2.7倍,且磨粒受到的最大瞬时切削力增加。根据点云信息对磨粒进行逆向建模,并对建立的单颗磨粒切削仿真模型的瞬时切削力进行定量分析。仿真结果显示:超声切削时的最大切向力比普通切削时的增加20%以上,且力的波动幅度超过80%。

单颗刚玉磨粒切削齿轮钢温度场仿真研究

针对单颗磨粒试验法对于磨削温度的研究存在局限性,建立了单颗刚玉磨粒切削齿轮钢的ABAQUS仿真模型和磨粒-工件的热传导模型,利用数值模拟技术研究了单颗磨粒切削过程的温度场,分析了不同的磨粒特性和工艺参数下工件的最高温度的变化;仿真结果可知,切削过程工件的最高温度出现在第二温度区磨粒前刃与工件接触处,切削温度场最高温度随时间趋势呈现先增大后降低至稳定值的特点,切削深度与磨粒锥角对于切削最高温度均有正作用;而当切削速度小于50m/s时,最高温度随速度递增,切削温度对切削最高温度的作用以50m/s为临界,在切削大于50m/s时,切削最高温度出现下降的趋势。

基于LS-DYNA的单颗磨粒切削加工有限元分析

通过分析珩齿加工的啮合特点、超声珩齿切削原理及运动特性,利用非线性有限元程序LS-DYNA,对齿轮表面的切削过程进行三维显式动态分析。模型采用单点积分Lagrange算法的三维显示实体单元Solid164,以Johnson-Cook本构模拟齿轮表面材料,以面—面侵蚀和自动接触定义接触表面,对切削机理进行研究分析,从而验证了切削速度对切屑形态有显著的影响。

单颗粒金刚石的切削厚度

近来能阅读到一些有关锯切过程的文章[1][2]，令人欣慰，表明大家已摆脱石材加工发展初期的急功近利的短期行为——片面地忙于金刚石节块配方与工艺的研制。人们已充分认识到：要进一步提高锯片性能，卓有成效地进行石材加工，就必须深入探讨与锯切过程相关的向何学、运动学及动力学。

高速单颗磨粒磨削机理的研究

进行了单颗磨粒高速磨削 4 5钢、2 0Cr钢和典型难磨材料钛合金TC4和GH4 16 9高温合金的试验·试验结果表明 ,对于 4 5钢和 2 0Cr钢 ,高速条件下单颗磨粒磨削的比磨削能显著低于比熔化能·发现了国外一些学者提出的钢铁材料的最低比磨削能约束于材料比熔化能假设的例外·高速磨削四种材料均表现出尺寸效应·采用高速磨削 ,对改善磨粒的切削状态 ,降低比磨削能是非常有利的·在磨削钛合金TC4和高温合金GH4 16 9时 ,易发生金属粘附·锆刚玉磨削钛合金TC4比磨削高温合金GH4 16 9的粘附严重·高速下金属粘附作用减轻·

单颗金刚石磨粒磨削玻璃的磨削力研究

选取三种典型形状的金刚石磨粒对玻璃进行了单颗磨粒磨削实验,测量了磨削力,分析了磨削参数及磨粒切入锥角对磨削力的影响。结果表明:磨削力曲线不沿磨痕呈对称分布,法向力出现明显波动;顺磨与逆磨对磨削力没有明显影响。磨削力随着磨削深度的增大而增大,随磨削速度的减小而增大;随着磨粒切入锥角的增大,磨削力明显增大。相同切削速度下,磨削力与相应磨粒的侧面耕犁面积呈良好的线性关系。不同磨粒的法向力与切向力有着良好的线性关系。

基于SPH方法单颗粒磨削TC4动态过程模拟研究

考虑到FEM(Finite Element Method)进行切削仿真时会因网格畸变而影响计算精度,因此采用新型光滑流体粒子动力学(SPH,Smoothed Particle Hydrodynamics)无网格法对单颗CBN(Cubic Boron Nitride)磨粒磨削钛合金TC4的过程进行三维数值仿真。通过建立与真实磨粒相似、刃部有一定圆弧半径的磨粒FEM模型及钛合金工件的SPH模型,研究了磨粒切削深度对磨削力及磨屑形成过程的影响。分析结果表明:磨削力随着磨粒切削深度的增大而增大,磨削力比则随着切削深度的增大而减小;当磨粒速度一定时,TC4工件的磨屑形成情况与切削深度存在重要关系。仿真结果与理论分析吻合较好,验证了SPH方法模拟单颗粒磨削钛合金材料的可行性。